[發明專利]一種基于磁流變效應的外骨骼機器人關節作動器

在審

• 申請號: 202210287663.0
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114474143A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 陳乃建;李亞輝;包佳偉;董春超;范振;張來偉
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B25J9/12;B25J9/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于磁流變效應的外骨骼機器人關節作動器，主要包括膝關節作動器、股骨、膝關節作動器連接板、轉軸、圓柱滾子軸承、旋轉葉片、端蓋、線圈、外接電源、磁流變液。所述的外骨骼膝關節作動器上部通過軸與股骨相連接，下部通過螺栓與脛骨固定，旋轉葉片通過普通平鍵與轉軸相連接，旋轉葉片內裝有一定體積的磁流變液，轉軸通過圓柱滾子軸承和端蓋與膝關節相連接，線圈按一定規律排布在旋轉葉片外圍的膝關節作動器上，并與外接電源和控制器連接。所述關節作動器通過外接電源及其控制器控制線圈通電順序，產生旋轉磁場，進而帶動旋轉葉片轉動，從而使膝關節運動。

技術領域

本發明涉及工業機器人技術領域，屬于一種利用磁流變效應使關節發生運動的外骨骼機器人關節作動器。

背景技術

外骨骼機器人的驅動系統大多為電動機驅動，在關節處安裝電機造成關節尺寸較大且增加外骨骼負載，電動機在礦井下使用時，需選擇防爆電機，進一步增大了關節體積，增加了負載，集成化程度較低，耗能多，縮短了外骨骼機器人使用時間。

發明內容

為了滿足外骨骼機器人關節高集成化、輕負載，響應迅速、安全性高等要求，本發明提供了一種基于磁流變效應的外骨骼機器人關節作動器。

所述的轉軸,其特征在于通過普通平鍵1與股骨固定，兩側由圓柱滾子軸承和通過螺紋與殼體連接的端蓋固定在膝關節上，轉軸的兩側安裝有圓柱滾子軸承，且內部軸肩擋圈和外部端蓋以便圓柱滾子軸承進行定位。

所述的旋轉葉片，其特征在于利用軸肩和擋圈進行軸向定位，通過普通平鍵進行周向定位，線圈產生磁場時，磁流變液向磁場方向運動，磁流變液與旋轉葉片內壁產生的作用力使旋轉葉片發生轉動；殼體內部的圓孔內纏有線圈，通過導線與外部電源和控制器相連接，以便于控制通電順序，產生旋轉磁場；膝關節作動器通過關節連接板與脛骨連接。

本發明所提出的一種基于磁流變效應的外骨骼機器人關節作動器，通過控制線圈通電順序產生的旋轉磁場，使磁流變液磁化，產生磁力矩，帶動葉片旋轉，進而帶動關節轉動；磁流變液可在固態、液態狀態之間切換，可逆性良好，可以產生反應迅速、可控性強的作用力，轉換能耗低；機械裝置簡單，體積小，便于安裝與維護，密封性好，安全性高，可適用于環境惡劣的工作場合。

附圖說明

如圖1所示為一種基于磁流變效應的外骨骼機器人關節作動器的內部結構示意圖。

如圖2所示為一種基于磁流變效應的外骨骼機器人關節作動器的工作原理示意圖。

如圖3所示為一種基于磁流變效應的外骨骼機器人關節作動器的旋轉葉片結構示意圖。

圖中：線圈孔（1）、圓柱滾子軸承（2）、轉軸（3）、端蓋（4）、股骨（5）、旋轉葉片(6)、普通平鍵1(7)、普通平鍵2(8)、擋圈(9)、關節連接板（10）、空腔（11）。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做具體描述。

如圖1所示為一種基于磁流變效應的外骨骼機器人關節作動器的內部結構示意圖。

本發明為一種基于磁流變效應的外骨骼機器人關節作動器，膝關節作動器(2)上部通過轉軸（6）與股骨（1）連接，下部通過關節連接板（3）與脛骨連接，膝關節作動器(2)作為主動關節，實現膝關節的旋轉運動。

如圖2所示為一種基于磁流變效應的外骨骼機器人關節作動器的工作原理示意圖。

通過對線圈(4A)進行通電產生磁場，旋轉葉片 (6a)內的磁流變液受到磁場作用力，發生趨向于磁場方向的流動，磁流變液流動產生的力作用于(6a)，使旋轉葉片(6)發生一定角度的轉動，直至旋轉葉片 (6a)與線圈(1A)磁場方向相同，在旋轉葉片(6)發生轉動的同時，對線圈(1B)進行通電，同理，使得旋轉葉片旋轉一定角度，通過控制通電電流大小和通電頻率，使旋轉葉片發生轉動，從而提供一定轉矩。磁距角的計算公式為：